Sédiments Sols - Université Lille 1

Sédiments, Sols et Evolution. Licence Géosciences et Environnement – Université Lille 1
0
Sédiments – Sols & Evolution
Poly de TD « Sédiments Sols » 2008
Introduction à la Pétrographie sédimentaire
Notes à lire avant le reste de ce document
Ce document correspond au polycopié qui vous sera distribué à la première séance de TD. Le
programme prévu des TD-TP est le suivant :
- Un TD sur les roches détritiques : dans ce document, page 1 à 4. Pour ce TD, les exercices
d’application sont les exercices 1, 3 et 4.
- Un TP illustrant ce TD
- Un TD sur les roches carbonatées : dans ce document, page 5 à .8. Pour ce TD, les exercices
d’application sont les exercices 2, 5 et 6.
- Un TP illustrant ce TD
- Un TP d’introduction à la reconnaissance des lames minces de roches sédimentaires au
microscope.
Les réponses aux exercices vous seront données au cours des TD
La page 15 comporte une feuille semi-log nécessaire pour tracer les courbes granulométrique de
l’exercice 1.

Sédiments, Sols et Evolution. Licence Géosciences et Environnement – Université Lille 1
1
Introduction à la Pétrographie sédimentaire
La pétrographie est la description des roches. Une bonne description de la roche et de ses
caractéristiques est la base de tout travail en sédimentologie et est indispensable à toute
interprétation paléoenvironnementale.
A - Présentation générale des roches sédimentaires
Dès l’instant où une roche approche de la surface de la Terre, quelque soit son origine (magmatique,
sédimentaire ou métamorphique), elle va subir une succession de processus fondamentaux qui vont
conduire à la fabrication de roches sédimentaires. Les matériaux à l’origine des roches
sédimentaires sont transportés jusqu’au lieu de dépôt sous deux formes, à l’origine de la définition
des deux plus grandes familles de roches sédimentaires :
- Transport en suspension (particules) → Roches détritiques terrigènes.
- Transport en solution (substances dissoutes) → Roches chimiques et biochimiques.
Les roches sédimentaires peuvent être meubles ou consolidées
Les roches sédimentaires sont constituées de deux composants fondamentaux :
1- Les grains.
2- La phase de liaison pour les roches consolidées. Si celle-ci est contemporaine des grains
(matériel fin déposé entre les grains) on parle de matrice. Si elle est postérieure au dépôt des grains,
on parle de ciment.
Grains et matrices peuvent aussi bien être détritiques que (bio)chimiques. Par définition, un ciment
est (bio)chimique.
B - Les roches détritiques
1- Définition
Roches dont plus de 50% des éléments (matrice et grains) sont détritiques.
2 - Les critères de classification des roches détritiques
2.1 - La taille des éléments : la texture
La classification des roches détritiques est essentiellement basée sur la taille des grains (détritus)
constituant la roche ou le sédiment. La progression entre les classes la plus utilisée est celle de
Udden et Wenworth qui correspond au standard international (tableau 1, p. suivante).
Selon que la roche est consolidée ou non, la terminologie est différente. Ainsi, un sable
actuellement rencontré sur une plage pourra se transformer au cours de la diagenèse en un grès.
Les limites les plus significatives sont 2 et 0,063 mm. Elles séparent les rudites des arénites et les
arénites des lutites. Les valeurs limites entre les différentes classes de sable et de silts constituent
une suite géométrique de raison 1/2.
Souvent les grains qui constituent la roche appartiennent à plusieurs classes granulométriques. On
nomme alors la roche en fonction de la fraction qui domine puis des fractions mineures (nom dérivé
de la proposition de Folk) :

Sédiments, Sols et Evolution. Licence Géosciences et Environnement – Université Lille 1
2
Proportion des grains >2mm
> 80% : conglomérat
30 à 80% : conglomérat gréseux (ou silteux ou argileux)
5 à 30% : grès (ou siltite ou argilite) conglomératique
< 5% : utiliser le triangle ci-dessous
Sable
Grès
Grès
silteux
Argile
Argilite
Silt
Siltite
Grès
argileux
Siltite
gréseuse Argilite gréseuse
50
10
90
Figure 1. Classification triangulaire des sédiments détritiques
Diamètre
(Φ)
Diamètre
(mm) Roche non consolidée Roche consolidée Classe
Cailloutis et blocs Conglomérat
Gravier Microconglomérat
Rudites
Très grossier Très grossier
Grossier Grossier
Moyen Moyen
Fin Fin
Très fin
Sable
Très fin
Grès Arénites
Très grossier Très grossier
Grossier Grossier
Moyen Moyen
Fin Fin
Très fin
Silt
Très fin
Siltite
Argile Argilite
Lutite
Tableau 1. Classification des roches détritiques
2.2 - L’analyse granulométrique
L'analyse granulométrique d'un sédiment a pour but d'étudier en détail la répartition de la taille des
grains. Cette répartition renseigne le géologue sur la manière dont s'est déposé le sédiment. Dans le
cas des grosses particules, la taille est mesurée directement (cas des rudites), pour les particules de
la taille des sables, on procède au tamisage à sec ou sous eau courante sur des colonnes de tamis.
-3,32 10
-1 2
0 1
1 0,5
2 0,25
3 0,125
4 0,063
5 0,0315
6 0,016
7 0,008
8 0,004
9 0,002

Sédiments, Sols et Evolution. Licence Géosciences et Environnement – Université Lille 1
3
Les tamis présentent des mailles carrées de dimensions normalisées dont les mailles sont calculées
selon une progression géométrique. D’autres techniques plus élaborées existent aujourd’hui. Elles
ne seront pas développées.
On dispose sur un plateau vibrant une colonne de tamis. Les tamis présentant les plus petites mailles
sont disposés à la base de la colonne, ceux de plus grande maille au sommet. On renverse ensuite
dans le tamis supérieur, une masse de sable connue (généralement 100 g dans le cas d'un sable fin,
davantage si le sédiment est plus grossier). Le plateau vibrant est mis sous tension durant environ
15 minutes. On récupère ensuite dans chaque tamis une certaine quantité de sable appelée refus de
tamis. Le refus d'un tamis donné contient les grains dont la taille est comprise entre celle du tamis et
celle du tamis disposé immédiatement au dessus. Chaque refus de tamis est ensuite pesé et pour
chaque classe granulométrique on obtient un pourcentage de refus. A partir de ces données, un
histogramme et une courbe cumulative peuvent être tracés. L’histogramme permet d’évaluer le
classement du sédiment tandis que la courbe sert à mesurer un certain nombre de valeurs : les
percentiles, utilisés pour calculer les paramètres de médiane et classement. La médiane est
représentée par le percentile P
50
.
L’échelle des tailles peut s’exprimer dans une unité métrique (mm, micromètres, …) mais l’on se
heurte au problème de manipulation de chiffres très grands et très petits nécessitant souvent une
échelle logarithmique. Il est donc parfois fait appel à une échelle arithmétique, l’échelle Φ (Phi,
Voir le tableau 1). Le passage de l’échelle millimétrique à l’échelle Phi se fait par l’intermédiaire de
la formule suivante :
Phi = -[log(mm)/log(2)]
La valeur du classement peut être calculée avec la formule suivante :
En millimètres : Classement = √(P
75
/P
25
). P
75
et P
25
étant les percentiles 75 et 25.
Plus la valeur obtenue est proche de 1, meilleur est le classement.
En Phi : Classement = [ (Ф84 – Ф16) / 4 ] + [ (Ф95 – Ф5) / 6,6 ]
Quand le classement est exprimé en unité Phi, il est possible d’associer à la valeur trouvée une
échelle verbale :
< 0,35 sédiment très bien classé
0,35 à 0,50 bien classé
0,50 à 0,71 modérément bien classé
0,71 à 1 modérément classé
1 à 2 mal classé
> 2 très mal classé
En sédimentologie, on préférera l’unité Phi plus utilisée de façon internationale. Dans ce cas, la
représentation graphique des résultats de granulométrie se fait pour l’axe des abscisses dans le sens
croissant des valeurs de Phi, c’est à dire dans le sens décroissant des valeurs de tailles exprimées en
millimètres.
Application :
Exercices
3 - La nature des éléments
Le second critère de classification est la nature des éléments ou de la phase de liaison ; nature
chimique, minéralogique, biologique, pétrographique ...

Sédiments, Sols et Evolution. Licence Géosciences et Environnement – Université Lille 1
4
a) LES GRAINS
La plupart des minéraux des roches détritiques ne sont pas propres aux roches sédimentaires. Nous
les retrouverons également lors des observations des roches magmatiques.
Les grains détritiques sont principalement des silicates: quartz, feldspaths, micas, argiles
Les autres minéraux correspondent souvent à des grains autochtones (formés dans la zone de
sédimentation)
Carbonates : calcite (bioclastes), dolomite
Sulfates : gypse
Oxydes : limonite
Phosphates, glauconie ...
A ces minéraux il faut ajouter les
débris lithiques . Il s’agit de morceaux polycristallins de roches
de natures variées sédimentés avec les grains isolés. Ces débris lithiques se rencontrent, bien
entendu, essentiellement dans les roches les plus grossières.
b) LA PHASE DE LIAISON
Elle peut avoir des natures variées : calcaire, argileuse, siliceuse, ferrugineuse ...
Exemples : Sable bioclastique
Grès glauconieux à ciment calcaire
Poudingue à galets de quartz et de granite ...
Si cette phase est contemporaine des grains les plus gros alors il s’agit d’une matrice.
Si elle est postérieure au dépôt des grains, il s’agit d’un ciment.
4 - Comment nommer une roche détritique ?
En fonction de tous les paramètres que nous venons de détailler, il devient possible de donner un
nom à la roche détritique décrite. Après s’être assurés que nous sommes en présence d’une roche
détritique, il faut étudier successivement la texture de la roche, la nature des constituants et, le cas
échéant, des indications qui nous seront précieuses pour reconstituer le milieu de dépôt : les figures
sédimentaires.
Grande famille Texture
Taille des grains
tri ...
Nature des constituants
grain
matrice
ciment ...
Figures sédimentaires
litage,
laminations,
bioturbations ...
à laminations
obliques
à ciment calcaire, à
débris de coquilles
sable fin bien triéRoche détritique
Description d’une roche détritique. Principe et exemples.
5 - Le milieu de plateforme détritique
Exercices